JP2002239745A - 抵抗溶接装置および抵抗溶接の品質監視装置 - Google Patents

抵抗溶接装置および抵抗溶接の品質監視装置

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JP2002239745A JP2001039812A JP2001039812A JP2002239745A JP 2002239745 A JP2002239745 A JP 2002239745A JP 2001039812 A JP2001039812 A JP 2001039812A JP 2001039812 A JP2001039812 A JP 2001039812A JP 2002239745 A JP2002239745 A JP 2002239745A
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Makoto Riyuudou
誠 龍堂
Koji Fujii
孝治 藤井
Yasu Watanabe
鎮 渡辺
Yasuhiro Goto
康宏 後藤
Seiha Ou
静波 王
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のニューラルネットワークによる接合の
品質監視では、多くの接合性に影響があると思われるパ
ラメータを数多く入力し、しかもその学習には経験、ノ
ウハウなど多くの時間、労力を必要とした。 【解決手段】 接合時の被接合部の電圧と被接合物の変
位量を検出する検出部と、前記検出部から出力される信
号を入力層に入力し、接合状態を表す信号を出力するニ
ューラルネットワークを有す算部と、前記演算部から出
力される接合状態を表すニューロン出力から接合部品質
の品質判定を行い、接合装置の出力を制御する制御部を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はニューラルネットワ
ークを用いた抵抗溶接の品質監視装置または抵抗溶接装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】抵抗溶接は各種金属製品の接合に広く用
いられているが、近年その接合部の品質確保が問題とな
っている。
【０００３】従来は一般に軟鋼板が被溶接材であったこ
とから通電不良も少なく、溶接条件を一定に管理すれば
溶接品質も比較的安定に保つことができた。
【０００４】しかし、軟鋼板に代わって各種めっき鋼板
あるいは表面処理鋼板、高張力鋼板などが大量に使用さ
れ始め、溶接不良の発生が増大している。
【０００５】また、電子機器分野に代表される精密接合
分野においても接合強度、接合寿命の確保の目的で、接
合方法がはんだ付けではなく抵抗溶接を用いて行う場合
が増加している。
【０００６】このような場合、微少な接合部の品質を確
保と管理することが大きな課題となっている。
【０００７】このような背景から接合状態を精度よく監
視し、さらに接合品質を精度よく制御可能な制御方法の
確立が待たれていた。
【０００８】この課題に対し、類似の技術として接合終
了後にその接合結果の良否を判別する目的、あるいは接
合中に接合品質を制御する目的でこれまで種々の方法が
開発されてきた。例えばこれまで開発されたものに、 １）溶接電流と溶接電圧からチップ間抵抗を求め、その
変化パターンから溶接結果の良否を判定するもの、 ２）チップ間電圧と、あらかじめ設定した基準電圧の時
間的変化とを比較し、その差が許容値内か否かにより良
否を判定するもの、さらにチップ間電圧より溶接部の発
熱に有効に寄与する有効成分を抽出し、有効成分の時間
積分値から溶接結果の良否を判定するもの、 ３）発熱温度を検出し、その温度変化パターンから溶接
結果の良否を判定するもの、 ４）被溶接材間に超音波を透過させ、その透過量から溶
接結果の良否を判定するもの、 ５）熱伝導モデルを用い、ナゲット径を数値解析により
算出するものでその一例として佐野：スポット溶接での
通電路と温度分布の数値解析法に関する研究、大阪大学
大学院溶接専攻修士論文（昭和５４年）、西宇：抵抗ス
ポット溶接用数値計算援用形品質モニタリングの高速化
に関する研究、大阪大学大学院溶接専攻修士論文（平成
３年）に開示されたもの、溶接機を直接制御するものと
しては、 ６）熱伝導モデルから母材温度分布を算出しその温度分
布からナゲット径を推算すると共に溶接中の電極移動量
を用いて温度分布を修正するもの、などがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】これら方式において、
１）はチップ先端部の圧潰や分流を生じた場合や被溶接
材の材質が亜鉛めっき鋼板の場合には抵抗の変化パター
ンが一様ではなく、溶接結果の品質監視が困難となる。
【００１０】また、２）はチップの圧潰、板厚の変化な
ど、溶接状態が変化する度に溶接結果の判定条件を再設
定しなければならず、実用上品質監視を正確に行うこと
は困難である。
【００１１】３）、４）については、温度検出装置、超
音波の発信、受信装置の設置、取り付け方法において現
場作業上適用困難な問題を抱えている。
【００１２】これらの従来の各種品質監視あるいは制御
方法は、それぞれの接合材料ごとに接合現場で予備実験
を行い、接合品質と判別基準の関係をあらかじめ求めて
おくという作業が不可欠となるが、接合条件を決定する
加圧力、接合電流、接合時間との複雑な関係を勘案して
判別基準を求める必要があり大きな労力と経験を要す
る。
【００１３】５）、６）は前記の予備実験が不要である
が熱伝導方程式を解くのに時間を要する、また数値演算
機能にかかるコストなど課題がある。
【００１４】従来のニューラルネットワークの構成は多
くの接合性に影響すると思われるパラメータを入力し、
多数の施工実験を繰り返し、収束計算を繰り返して出力
誤差を少なくする努力が行われてきた。
【００１５】この場合、入力されるパラメータの選定、
決定は経験的なものが多く含まれており、施工する接合
対象が変わると再度入力パラメータの選定、学習など多
くの時間が必要となっている。
【００１６】本発明はこれら課題を解決するものであ
る。
【００１７】そして本発明は、第１に複雑に関係する接
合状態変化に対応するため、接合プロセスの監視にニュ
ーラルネットワークを用いて、複雑な接合状態変化に対
応できる制御法を提供するものである。
【００１８】第２に物理モデルから導出された熱伝導方
程式を近似的に解き、特に前記５）、６）の課題であっ
た数値計算時間の短縮をはかり、制御速度の向上、数値
演算機能のコストダウンを実現する接合装置を提供する
ものである。
【００１９】第３にニューラルネットワークに使用する
ニューロン素子にダイナミックアナログモデルを用い、
物理モデルから導出された熱伝導方程式との類似性を利
用し、ニューラルネットワークへの入力数を最小に抑制
し、さらに学習数が少なくてもネットワークの出力誤差
を少なくできるニューラルネットワークの構成方法を提
供するものである。
【００２０】第４に施工品質を直接表す接合部の強度、
あるいは接合部の直径、あるいは接合部の破断形態を算
出し、それぞれの特性値により品質監視または制御を行
う方法を提供するものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、接合時の被接合部の電圧
と被接合物の変位量を検出する検出部と、前記検出部か
ら出力される信号を入力層に入力し、接合状態を表す信
号を出力するニューラルネットワークを有し、かつその
基本構成式を（数１）式とした演算部と、前記演算部か
ら出力される接合状態を表すニューロン出力から接合部
品質の品質判定を行い、結果を出力する制御部を設けた
抵抗溶接の品質監視装置である。
【００２２】請求項２に記載の発明は、接合時の被接合
部の電圧と被接合物の変位量を検出する検出部と、前記
検出部から出力される信号を入力層に入力し、接合状態
を表す信号を出力するニューラルネットワークを有し、
かつその基本構成式を（数１）式とした演算部と、前記
演算部から出力される接合状態を表すニューロン出力か
ら接合部品質の品質判定を行い、接合装置の出力を制御
する制御部を設けた抵抗溶接装置である。
【００２３】請求項３に記載の発明は、接合時の被接合
部の電圧と被接合物の変位量を検出する検出部と、前記
検出部から出力される信号を入力層に入力し、接合状態
を表す信号を出力するニューラルネットワークを有し、
かつその基本構成式を（数１）式とした演算部と、前記
演算部から出力される接合状態を表すニューロン出力が
接合終了時に必要な目標基準値に向かうように接合装置
の溶接電流を制御する制御部を設けた抵抗溶接装置であ
る。
【００２４】請求項４に記載の発明は、接合時の被接合
部の電圧と被接合物を流れる電流を検出する検出部と、
前記検出部から出力される信号を入力層に入力し、接合
状態を表す信号を出力するニューラルネットワークを有
し、かつその基本構成式を（数２）式とした演算部と、
前記演算部から出力される接合状態を表すニューロン出
力から接合部品質の品質判定を行い、結果を出力する制
御部を設ける抵抗溶接の品質監視装置である。
【００２５】請求項５に記載の発明は、接合時の被接合
部の電圧と被接合物を流れる電流を検出する検出部と、
前記検出部から出力される信号を入力層に入力し、接合
状態を表す信号を出力するニューラルネットワークを有
し、かつその基本構成式を（数２）式とした演算部と、
前記演算部から出力される接合状態を表すニューロン出
力から接合部品質の品質判定を行い、接合装置の出力を
制御する制御部を設けた抵抗溶接装置である。
【００２６】請求項６に記載の発明は、接合時の被接合
部の電圧と被接合物を流れる電流を検出する検出部と、
前記検出部から出力される信号を入力層に入力し、接合
状態を表す信号を出力するニューラルネットワークを有
し、かつその基本構成式を（数２）式とした演算部と、
前記演算部から出力される接合状態を表すニューロン出
力が接合終了時に必要な目標基準値に向かうように接合
装置の溶接電流を制御する制御部を設けた抵抗溶接装置
である。
【００２７】請求項７に記載の発明は、接合時の被接合
部の電圧を検出する検出部と、前記検出部から出力され
る信号を入力層に入力し、接合状態を表す信号を出力す
るニューラルネットワークを有し、かつその構成式を
（数３）式とした演算部と、前記演算部から出力される
接合状態を表すニューロン出力から接合部品質の品質判
定を行い、結果を出力する制御部を設けた抵抗溶接の品
質監視装置である。
【００２８】請求項８に記載の発明は、接合時の被接合
部の電圧を検出する検出部と、前記検出部から出力され
る信号を入力層に入力し、接合状態を表す信号を出力す
るニューラルネットワークを有し、かつその構成式を
（数３）式とした演算部と、前記演算部から出力される
接合状態を表すニューロン出力から接合部品質の品質判
定を行い、接合装置の出力を制御する制御部を設けた抵
抗溶接装置である。
【００２９】請求項９に記載の発明は、接合時の被接合
部の電圧を検出する検出部と、前記検出部から出力され
る信号を入力層に入力し、接合状態を表す信号を出力す
るニューラルネットワークを有し、かつその構成式を
（数３）式とした演算部と、前記演算部から出力される
接合状態を表すニューロン出力が接合終了時に必要な目
標基準値に向かうように接合装置の溶接電流を制御する
制御部をもつ抵抗溶接装置である。
【００３０】請求項１０と１３に記載の発明は、演算部
において接合状態を表すニューロン出力を被接合部の強
度を示すものとした請求項１から９のいずれかに記載の
抵抗溶接の品質監視装置または抵抗溶接装置である。
【００３１】請求項１１と１４に記載の発明は、演算部
において接合状態を表すニューロン出力を被接合部の接
合部径を示すものとした請求項１から９のいずれかに記
載の抵抗溶接の品質監視装置または抵抗溶接装置であ
る。
【００３２】請求項１２と１５に記載の発明は、演算部
において接合状態を表すニューロン出力を被接合部の破
断形態を示すものとした請求項１から９のいずれかに記
載の抵抗溶接の品質監視装置または抵抗溶接装置であ
る。
【００３３】
【発明の実施の形態】上記構成により、本発明は従来の
接合部の品質確認と制御技術の実用上の課題に対し、ニ
ューラルネットワークを整合の品質監視または制御に応
用、解決を図ったものである。
【００３４】ニューラルネットワークに使用されるニュ
ーロン素子として、図２に示すごとくニューロン出力を
ニューロン入力にフィードバックするダイナミックアナ
ログモデルと呼ばれるニューロモデルを用いると、入力
履歴を出力できるため接合品質の主要な要因である接合
入熱履歴を反映することができる。
【００３５】この考えから、本発明のニューラルネット
ワークはダイナミックアナログモデルを用いる構成とし
ている。
【００３６】接合部の状態を表す熱伝導方程式におい
て、これを熱の移動変化を時間により相似形変化と仮定
し、離散化すれば前記の（数１）式が得られる。
【００３７】 また電圧＝電流×抵抗と抵抗＝固有抵抗×長さ÷面積の関係を用いて（数１） 式を変形すれば（数２）式が得られ、（数１）式におい
て△Ｖを除きその他の値は溶接中一定であると仮定すれ
ば（数３）式が得られる。
【００３８】これら（数１）〜（数３）式はいずれも前
記図２に示したダイナミックアナログモデルと同じ構成
式となる。
【００３９】これら（数１）〜（数３）式で示したダイ
ナミックアナログモデルによれば接合部の状態は１回の
数値計算で終了するため従来の数値解析による温度算出
法に比べ、計算時間の大幅短縮と演算機能構成に要する
費用を安価なものとすることができる。
【００４０】また、ダイナミックアナログモデルの一般
解は（数４）式に示され、抵抗接合部の熱伝導モデルに
対する熱伝導方程式の解は（数５）式に示され、これら
熱伝導方程式の解の基本波を考えればダイナミックアナ
ログモデルの一般解と熱伝導方程式の解の基本波は、両
者とも同じ形の方程式となっている。
【００４１】
【数４】
【００４２】
【数５】
【００４３】この事実から、ダイナミックアナログモデ
ルの内部電位（出力）は接合部の温度状態を表すパラメ
ータと見なすことができ、本方法を適用すれば接合状
態、例えば被接合材の形状、電極形状を勘案し、適切な
ニューラルネットワークの構成を事前に準備することが
容易となる。
【００４４】なお、ニューラルネットワークへの入力は
限定した接合環境、たとえば接合部の通電径の変化が少
なく、あるいは溶接部の厚みの変化が無視できる、比
熱、密度といった物理定数が接合部平均として大きく変
化しない場合、または、状態変化に大きく影響する発生
因子が判明する場合には、基本構成式をより簡略化し、
学習を容易にするダイナミックアナログモデルを構成す
ることができる。
【００４５】一例として、（数１）式において比熱、密
度、熱伝導係数は一定であると仮定し係数化した（数
６）式あるいは（数７）式、また（数２）式において通
電径変化、接合部厚み変化が小さい場合で比熱、密度、
熱伝導係数が一定であると仮定し係数化した（数８）式
などがある。もちろんこの他、種々の変形例があるのは
言うまでもない。
【００４６】
【数６】
【００４７】
【数７】
【００４８】
【数８】
【００４９】被溶接部の接合部品質を直接表す接合部の
強度、あるいは直径、あるいは破断形態は接合部の温度
状態により決定づけられる。
【００５０】また、既に説明したようにダイナミックア
ナログモデルの内部電位、すなわちニューラルネットワ
ークの演算値は接合部の到達温度に関係した数値を示す
ものである。
【００５１】すなわち、ダイナミックアナログモデルへ
の入力とそのときの接合部品質を教師データとして予め
学習、フィードバック係数を決定することにより、ニュ
ーラルネットワークの演算値が接合部品質を表す数値と
なる。
【００５２】接合現場での品質管理は従来から接合部の
破壊検査主体で行われ、また、抜き取りによる検査であ
ることからその信頼性と確からしさを得るためには多く
の経験と知識が必要で、多くの時間を要していた。
【００５３】本発明の構成は溶接終了時のニューラルネ
ットワークの演算値を接合部の品質評価指数とすれば、
非破壊でしかも全接合部の品質監視を容易に行うことが
できるものである。
【００５４】また、前記から明らかなように溶接途上の
ニューラルネットワークの演算値は、その時点での接合
部の温度に関係した数値を示すものである。この値を元
に制御すれば接合部の品質制御を行うことができる。
【００５５】以下、接合部の品質制御にダイナミックア
ナログモデルを用いた場合を説明する。
【００５６】ダイナミックアナログモデルの内部電位は
接合部の品質評価指数として利用でき、時間関数として
与えられることは前記の通りで、品質評価指数は接合部
への入熱履歴、すなわちダイナミックアナログモデルへ
の入力履歴で決まる。
【００５７】溶接の進行に伴い算出されたニューラルネ
ットワークの演算値を基に、溶接終了予定時刻における
到達予測値を算出する。
【００５８】この予測値と溶接終了時の到達目標となる
接合部の品質評価指数目標値が異なる場合は、外部入力
として設定可能な溶接条件、例えば溶接電流、溶接時
間、加圧力、溶接電力などを変化させ、両者の差をなく
すように制御する。
【００５９】ニューラルネットワークの演算値が目標値
に達すれば溶接終了となる。
【００６０】溶接終了予定時刻に達する以前に目標値に
達していればその時点で溶接終了してもよい。
【００６１】また、逆に目標値に到達していない場合は
溶接終了予定時刻を延長することも可能である。
【００６２】また、溶接期間中、上記動作を複数回繰り
返すフィードバック制御を行うことにより、溶接終了予
定時刻で目標値に達する精度はさらに向上する。
【００６３】（実施の形態１）図１は請求項１に記載し
た抵抗溶接の品質監視装置の構成を示すブロック図であ
る。
【００６４】抵抗溶接機１によって溶接中の被溶接材２
から電圧検出部３を用いて接合部の電圧を、変位検出部
４を用いて接合部の変位をそれぞれ検出し、演算部５へ
出力する。
【００６５】演算部５においては入力された接合部の電
圧、および変位と、基本構成式を（数１）式としたニュ
ーラルネットワークを用いて演算を行い、結果を接合部
の状態を表す品質評価指数として制御部６へ出力する。
【００６６】制御部６では演算部５より入力されたニュ
ーロン出力を基に接合部の品質良否判定を行いその結果
を出力する。
【００６７】図３は本実施例の説明図である。制御部６
において図３に示すようにあらかじめ品質評価指数に対
して接合部の良否判定範囲を設定し、溶接終了時に演算
部５より出力されたニューロン出力がどの範囲に存在す
るかで品質監視を行うものである。
【００６８】本実施例によれば、非破壊で常時、全接合
点の品質監視を行うことができる。
【００６９】（実施の形態２）図４は請求項２に記載し
た抵抗溶接装置の構成を示すブロック図である。
【００７０】溶接中の被溶接材８から電圧検出部９を用
いて接合部の電圧を、変位検出部１０を用いて接合部の
変位をそれぞれ検出し、演算部１１へ出力する。
【００７１】演算部１１においては入力された接合部の
電圧、および変位と、基本構成式を（数１）式としたニ
ューラルネットワークを用いて演算を行い、結果を接合
部の状態を表す品質評価指数として制御部１２へ出力す
る。
【００７２】制御部１２では演算部１１より入力された
ニューロン出力を基に接合部の品質良否判定を行いその
結果出力するとともに、必要であれば溶接条件を変更し
新たな溶接条件を溶接電源７へ出力する。
【００７３】なお、制御部１１から溶接電源７への溶接
条件変更は同一溶接中であっても、また次回溶接を行う
際の条件であっても構わない。
【００７４】図５は本実施例の説明図である。制御部１
２において図５に示すようにあらかじめ品質評価指数に
対して接合部の良否判定範囲と溶接条件変更内容を設定
し、溶接終了時に演算部１１より出力されたニューロン
出力がどの範囲に存在するかで品質監視、および新たな
溶接条件設定を行うものである。
【００７５】本実施例によれば、非破壊で常時、全接合
点の品質監視を行うとともに、より良好な接合品質を確
保できるようになる。
【００７６】（実施の形態３）図６は請求項３に記載し
た抵抗溶接装置の構成を示すブロック図である。
【００７７】溶接中の被溶接材１４から電圧検出部１６
を用いて接合部の電圧を、変位検出部１７を用いて接合
部の変位をそれぞれ検出し、演算部１８へ出力する。ま
た、電流検出部１５によって溶接電流を検出し制御部１
９へ出力する。
【００７８】演算部１８においては入力された接合部の
電圧、および変位と、基本構成式を（数１）式としたニ
ューラルネットワークを用いて演算を行い、結果を接合
部の状態を表す品質評価指数として制御部１９へ出力す
る。
【００７９】制御部１９では演算部１８より入力された
ニューロン出力が溶接終了予定時刻に設定された目標値
へ達するように電流検出部１５から入力された溶接電流
値をもとに電流変更量を算定する。
【００８０】算定された電流変更量は抵抗溶接電源１３
へ出力され溶接電流の制御を行う。
【００８１】溶接終了時、制御部１９は溶接終了時のニ
ューロン出力を品質評価指数として良否判定を行い、そ
の結果を出力する。
【００８２】また本構成を同一溶接中に複数回行うこと
により、より高精度に溶接部の品質制御を行うことが可
能である。
【００８３】図７は本実施例の説明図である。制御部１
９において図７に示すようにあらかじめ溶接終了予定時
刻に必要な品質評価指数を目標値として設定する。
【００８４】溶接過程中に演算部１８から出力されるニ
ューロン出力をもとに制御部１９は、その時間経過に伴
う変化量を計算すると共に目標値との偏差を算出、電流
検出部１５で測定した溶接電流値を基に溶接電流変更量
を算定、電流制御を行う。
【００８５】この過程を同一溶接中に逐次繰り返すこ
と、すなわちフィードバック制御を行うことによって高
精度にニューロン出力を溶接終了予定時刻に必要な品質
評価指数へ制御することが可能となる。
【００８６】本実施例によれば、全接合点の品質監視を
行うとともに、より良好な接合品質を確保できるように
なる。
【００８７】（実施の形態４）図８は請求項４に記載し
た抵抗溶接の品質監視装置の構成を示すブロック図であ
る。
【００８８】抵抗溶接機２０によって溶接中の被溶接材
２１から電圧検出部２２を用いて接合部の電圧を、電流
検出部２３を用いて接合部の溶接電流をそれぞれ検出
し、演算部２４へ出力する。
【００８９】演算部２４においては入力された接合部の
電圧、および溶接電流と、基本構成式を（数２）式とし
たニューラルネットワークを用いて演算を行い、結果を
接合部の状態を表す品質評価指数として制御部２５へ出
力する。
【００９０】制御部２５では演算部２４より入力された
ニューロン出力を基に接合部の品質良否判定を行いその
結果出力する。
【００９１】制御部２５において、図３に示すようにあ
らかじめ品質評価指数に対して接合部の良否判定範囲を
設定し、溶接終了時に演算部２４より出力されたニュー
ロン出力がどの範囲に存在するかで品質監視を行うもの
である。
【００９２】本実施例によれば、非破壊で常時、全接合
点の品質監視を行うことができる。
【００９３】（実施の形態５）図９は請求項５に記載し
た抵抗溶接装置の構成を示すブロック図である。
【００９４】溶接中の被溶接材２７から電圧検出部２８
を用いて接合部の電圧を、電流検出部２９を用いて接合
部の溶接電流をそれぞれ検出し、演算部３０へ出力す
る。
【００９５】演算部３０においては入力された接合部の
電圧、および溶接電流と、基本構成式を（数２）式とし
たニューラルネットワークを用いて演算を行い、結果を
接合部の状態を表す品質評価指数として制御部３１へ出
力する。
【００９６】制御部３１では演算部３０より入力された
ニューロン出力を基に接合部の品質良否判定を行いその
結果出力するとともに、必要であれば溶接条件を変更し
新たな溶接条件を溶接電源２６へ出力する。
【００９７】なお、制御部３１から溶接電源２６への溶
接条件変更は同一溶接中であっても、また次回溶接を行
う際の条件であっても構わない。
【００９８】制御部３１において、図５に示すようにあ
らかじめ品質評価指数に対して接合部の良否判定範囲と
溶接条件変更内容を設定し、溶接終了時に演算部３０よ
り出力されたニューロン出力がどの範囲に存在するかで
品質監視、および新たな溶接条件設定を行うものであ
る。
【００９９】本実施例によれば、非破壊で常時、全接合
点の品質監視を行うとともに、より良好な接合品質を確
保できるようになる。
【０１００】（実施の形態６）図１０は請求項６に記載
した抵抗溶接装置の構成を示すブロック図である。
【０１０１】溶接中の被溶接材３３から電圧検出部３５
を用いて接合部の電圧を、電流検出部３４を用いて接合
部の溶接電流をそれぞれ検出し、演算部３６へ出力す
る。
【０１０２】また、電流検出部３４によって溶接電流を
検出し制御部３７へ出力する。
【０１０３】演算部３６においては入力された接合部の
電圧、および溶接電流と、基本構成式を（数２）式とし
たニューラルネットワークを用いて演算を行い、結果を
接合部の状態を表す品質評価指数として制御部３７へ出
力する。
【０１０４】制御部３７では演算部３６より入力された
ニューロン出力が溶接終了予定時刻に設定された目標値
へ達するように電流検出部３４から入力された溶接電流
値をもとに電流変更量を算定する。
【０１０５】算定された電流変更量は抵抗溶接電源３２
へ出力され溶接電流の制御を行う。
【０１０６】溶接終了時、制御部１９は溶接終了時のニ
ューロン出力を品質評価指数として良否判定を行い、そ
の結果を出力する。
【０１０７】また本構成を同一溶接中に複数回行うこと
により、より高精度に溶接部の品質制御を行うことが可
能である。
【０１０８】制御部３７において図７に示すようにあら
かじめ溶接終了予定時刻に必要な品質評価指数を目標値
として設定する。
【０１０９】溶接過程中に演算部３６から出力されるニ
ューロン出力をもとに制御部３７は、その時間経過に伴
う変化量を計算すると共に目標値との偏差を算出、電流
検出部３４で測定した溶接電流値を基に溶接電流変更量
を算定、電流制御を行う。
【０１１０】この過程を同一溶接中に逐次繰り返すこ
と、すなわちフィードバック制御を行うことによって高
精度にニューロン出力を溶接終了予定時刻に必要な品質
評価指数へ制御することが可能となる。
【０１１１】本実施例によれば、全接合点の品質監視を
行うとともに、より良好な接合品質を確保できるように
なる。
【０１１２】（実施の形態７）図１１は請求項７に記載
した抵抗溶接の品質監視装置の構成を示すブロック図で
ある。
【０１１３】抵抗溶接機３８によって溶接中の被溶接材
３９から電圧検出部４０を用いて接合部の電圧を検出
し、演算部４１へ出力する。
【０１１４】演算部４１においては入力された接合部の
電圧と、構成式を（数３）式としたニューラルネットワ
ークを用いて演算を行い、結果を接合部の状態を表す品
質評価指数として制御部４２へ出力する。
【０１１５】制御部４２では演算部４１より入力された
ニューロン出力を基に接合部の品質良否判定を行いその
結果出力する。
【０１１６】制御部４２において、図３に示すようにあ
らかじめ品質評価指数に対して接合部の良否判定範囲を
設定し、溶接終了時に演算部４１より出力されたニュー
ロン出力がどの範囲に存在するかで品質監視を行うもの
である。
【０１１７】本実施例によれば、非破壊で常時、全接合
点の品質監視を行うことができる。さらに、測定する物
理量が接合部の電圧のみであるため、検出線の取り付け
がクリップなどで簡単に済む。また装置自身も手で持ち
運ぶことができる程度の大きさ、重さにすることが可能
となるため、品質管理者が日常的に持ち歩くポータブル
型の品質監視装置を提供できる。
【０１１８】（実施の形態８）図１２は請求項８に記載
した抵抗溶接装置の構成を示すブロック図である。
【０１１９】溶接中の被溶接材４４から電圧検出部４５
を用いて接合部の電圧を検出し、演算部４６へ出力す
る。
【０１２０】演算部４６においては入力された接合部の
電圧と、構成式を（数３）式としたニューラルネットワ
ークを用いて演算を行い、結果を接合部の状態を表す品
質評価指数として制御部４７へ出力する。
【０１２１】制御部４７では演算部４６より入力された
ニューロン出力を基に接合部の品質良否判定を行いその
結果を出力するとともに、必要であれば溶接条件を変更
し新たな溶接条件を溶接電源４３へ出力する。
【０１２２】なお、制御部４７から溶接電源４３への溶
接条件変更は同一溶接中であっても、また次回溶接を行
う際の条件であっても構わない。
【０１２３】制御部４７において、図５に示すようにあ
らかじめ品質評価指数に対して接合部の良否判定範囲と
溶接条件変更内容を設定し、溶接終了時に演算部４６よ
り出力されたニューロン出力がどの範囲に存在するかで
品質監視、および新たな溶接条件設定を行うものであ
る。
【０１２４】本実施例によれば、非破壊で常時、全接合
点の品質監視を行うとともに、より良好な接合品質を確
保できるようになる。
【０１２５】（実施の形態９）図１３は請求項９に記載
した抵抗溶接装置の構成を示すブロック図である。
【０１２６】溶接中の被溶接材４９から電圧検出部５１
を用いて接合部の電圧を検出し、演算部５２へ出力す
る。
【０１２７】また、電流検出部５０によって溶接電流を
検出し制御部５３へ出力する。
【０１２８】演算部５２においては入力された接合部の
電圧と、構成式を（数３）式としたニューラルネットワ
ークを用いて演算を行い、結果を接合部の状態を表す品
質評価指数として制御部５３へ出力する。
【０１２９】制御部５３では演算部５２より入力された
ニューロン出力が溶接終了予定時刻に設定された目標値
へ達するように電流検出部５０から入力された溶接電流
値をもとに電流変更量を算定する。
【０１３０】算定された電流変更量は抵抗溶接電源４８
へ出力され溶接電流の制御を行う。
【０１３１】溶接終了時、制御部５３は溶接終了時のニ
ューロン出力を品質評価指数として良否判定を行い、そ
の結果を出力する。
【０１３２】また本構成を同一溶接中に複数回行うこと
により、より高精度に溶接部の品質制御を行うことが可
能である。
【０１３３】制御部５３において図７に示すようにあら
かじめ溶接終了予定時刻に必要な品質評価指数を目標値
として設定する。
【０１３４】溶接過程中に演算部５２から出力されるニ
ューロン出力をもとに制御部５３は、その時間経過に伴
う変化量を計算すると共に目標値との偏差を算出、電流
検出部５０で測定した溶接電流値を基に溶接電流変更量
を算定、電流制御を行う。
【０１３５】この過程を同一溶接中に逐次繰り返すこ
と、すなわちフィードバック制御を行うことによって高
精度にニューロン出力を溶接終了予定時刻に必要な品質
評価指数へ制御することが可能となる。
【０１３６】本実施例によれば、全接合点の品質監視を
行うとともに、より良好な接合品質を確保できるように
なる。
【０１３７】（実施の形態１０）請求項１０に記載した
発明の実施例について説明する。
【０１３８】図１４は軟鋼板１．０ｍｍ、２枚重ねのス
ポット溶接を行った際のニューロン出力と引っ張り強さ
の関係を示す一例である。
【０１３９】図１５は一回の溶接中におけるニューロン
出力の変化を示す一例である。
【０１４０】溶接条件は前記した図１４の場合と同じも
のである。本実施例に関してはダイナミックアナログモ
デルの構成式は前記した（数７）式を用い、フィードバ
ック係数Ｄ０＝０．９４とした。
【０１４１】また、ニューラルネットワークへの入力は
（数７）式に示すとおり、溶接部の電圧と溶接部の変位
である。図１４から明らかなようにニューロン出力と引
っ張り強さには一定の相関関係があり、ニューロン出力
によって精度よく溶接部の引っ張り強さを推定すること
ができる。
【０１４２】この結果は（数７）式以外、請求項１〜９
に示した構成式でも同様に得ることができる。
【０１４３】溶接終了時のニューロン出力を品質評価指
数として前記した品質判定基準を設定すれば、全ての溶
接打点に対し非破壊での品質監視を行うことができる。
【０１４４】さらに、図１５に示した溶接中のニューロ
ン出力の変化を考慮して、溶接条件を変更、あるいは溶
接電流を制御することにより溶接部の品質制御が可能と
なる。
【０１４５】本実施例から明らかなようにニューロン出
力を溶接部の引っ張り強さを表すものとして請求項１か
ら９の品質監視装置または抵抗溶接装置に組み込めば、
引っ張り強さの品質監視装置あるいは引っ張り強さの品
質制御を行う抵抗溶接装置を実現できる。
【０１４６】（実施の形態１１）請求項１１に記載した
発明の実施例について説明する。
【０１４７】図１６は軟鋼板１．２ｍｍ、２枚重ね、電
極新品時のスポット溶接を行った際のニューロン出力と
接合径（ナゲット径）の溶接中の変化を示す一例であ
る。
【０１４８】また、図１７は同じ溶接条件にて１５００
回溶接後の消耗した電極におけるニューロン出力と接合
径（ナゲット径）の溶接中の変化を示す一例である。
【０１４９】本実施例に関してはダイナミックアナログ
モデルの構成式は前記した（数７）式を用い、フィード
バック係数Ｄ０＝０．９４とした。
【０１５０】また、ニューラルネットワークへの入力は
（数７）式に示すとおり、溶接部の電圧と溶接部の変位
である。
【０１５１】図１６、図１７から明かなようにニューロ
ン出力と接合径はほぼ一致しており、ニューロン出力に
よって精度よく溶接部の接合径を推定することができ
る。
【０１５２】この結果は（数７）式以外、請求項１〜９
に示した構成式でも同様に得ることができる。
【０１５３】溶接終了時のニューロン出力を品質評価指
数として前記した品質判定基準を設定すれば、全ての溶
接打点に対し非破壊での品質監視を行うことができる。
【０１５４】図１８は１５００回溶接後の消耗した電極
の状態で、前記した請求項３の構成で溶接電流を制御し
た溶接結果の一例である。
【０１５５】本実施例においては溶接終了予定時刻を１
４サイクルとし、ニューロン出力すなわち品質評価指数
の目標値を１２とした。
【０１５６】溶接電流を制御しない状態では図１７に示
したように、その接合径は図１６に示した電極新品時の
接合径よりもかなり小さくなる。
【０１５７】ところが本実施例の構成で電流制御を行え
ば図１８に示すように電極新品時と同じ良好な接合径を
得ることができる。本実施例の効果は、請求項３以外の
他の方法による品質制御を行う抵抗溶接装置でも同様で
ある。
【０１５８】本実施例から明かなようにニューロン出力
を溶接部の接合径を表すものとして請求項１から９の品
質監視装置または抵抗溶接装置に組み込めば、接合径の
品質監視装置あるいは接合径の品質制御を行う抵抗溶接
装置を実現できる。
【０１５９】（実施の形態１２）請求項１２に記載した
発明の実施例について説明する。
【０１６０】図１９は８０ｋｇ級の高張力鋼板１．２ｍ
ｍ、２枚重ね、のスポット溶接を行った際のニューロン
出力の溶接中変化を示す一例である。
【０１６１】
【表１】
【０１６２】（表１）はニューロン出力の傾きに対する
ピール試験の結果を示したものである。
【０１６３】本実施例においては接合径（ナゲット径）
を確保するための通電区間を本通電とし１４サイクル、
本通電後、接合部の割れ防止（焼き鈍し）を目的として
後通電を３サイクル通電した。
【０１６４】また、溶接電流は本通電にて９ｋＡ一定、
後通電では図１９および表１に示す３条件の電流値とし
た。
【０１６５】また、ダイナミックアナログモデルの構成
式は前記した（数６）式を用い、フィードバック係数Ｃ
０＝１．００４、Ｄ０＝０．０４３とした。
【０１６６】また、ニューラルネットワークへの入力は
（数６）式に示すとおり、溶接部の電圧と溶接部の変位
である。
【０１６７】３条件とも本通電は同じ溶接条件であるの
で接合径は３条件とも同じである。
【０１６８】しかしながら、後通電の条件により表１に
示すごとく破断形態をもとにした溶接品質判定が異な
る。
【０１６９】図１９および（表１）から明かなように後
通電区間でのニューロン出力変化によって精度よく破壊
試験時の破断形態を推定することができる。
【０１７０】この結果は（数６）式以外、請求項１〜９
に示した構成式でも同様に得ることができる。
【０１７１】後通電時のニューロン出力変化を品質評価
指数として前記した品質判定基準を設定すれば、全ての
溶接打点に対し非破壊での品質監視を行うことができ
る。
【０１７２】さらに、図１９に示した後通電中のニュー
ロン出力の変化を考慮して、溶接条件を変更、あるいは
溶接電流を制御することにより溶接部の品質制御が可能
となる。
【０１７３】本実施例から明かなように後通電時のニュ
ーロン出力変化を破壊試験時の溶接部の破断形態を表す
ものとして請求項１から９の品質監視装置または抵抗溶
接装置に組み込めば、破断形態の品質監視装置あるいは
破断形態の品質制御を行う抵抗溶接装置を実現できる。
【０１７４】
【発明の効果】本発明の第１の効果は、接合プロセスの
監視にニューラルネットワークを用いて、複雑な接合状
態変化に対応できる制御法を提供できることである。
【０１７５】本発明の第２の効果は、物理モデルから導
出された熱伝導方程式を近似的に解き、数値計算時間の
短縮をはかり、制御速度の向上、数値演算機能のコスト
ダウンを実現する接合装置を提供できることである。
【０１７６】本発明の第３の効果は、ニューラルネット
ワークに使用するニューロン素子にダイナミックアナロ
グモデルを用い、物理モデルから導出された熱伝導方程
式との類似性を利用し、ニューラルネットワークへの入
力数を最小に抑制し、さらに学習数が少なくてもネット
ワークの出力誤差を少なくできるニューラルネットワー
クの構成方法を提供できることである。
【０１７７】本発明の第４の効果は、施工品質を直接表
す接合部の強度、あるいは接合部の直径、あるいは接合
部の破断形態を算出し、それぞれの特性値により品質監
視または制御を行う方法を提供できることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における抵抗溶接の品質
監視装置を表すブロック図
【図２】ダイナミックアナログモデルの説明図
【図３】ニューロン出力を用いた品質判定の説明図
【図４】本発明の実施の形態２における抵抗溶接装置を
表すブロック図
【図５】ニューロン出力を用いた品質判定および溶接条
件変更の説明図
【図６】本発明の実施の形態３における抵抗溶接装置を
表すブロック図
【図７】ニューロン出力を用いた溶接電流制御の動作説
明図
【図８】本発明の実施の形態４における抵抗溶接の品質
監視装置を表すブロック図
【図９】本発明の実施の形態５における抵抗溶接装置を
表すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態６における抵抗溶接装置
を表すブロック図
【図１１】本発明の実施の形態７における抵抗溶接の品
質監視装置を表すブロック図
【図１２】本発明の実施の形態８における抵抗溶接装置
を表すブロック図
【図１３】本発明の実施の形態９における抵抗溶接装置
を表すブロック図
【図１４】ニューロン出力と引っ張り強さの関係を示す
図
【図１５】溶接中のニューロン出力変化を示す図
【図１６】電極新品時における溶接中のニューロン出力
変化および接合径変化を示す図
【図１７】電極消耗時における溶接中のニューロン出力
変化および接合径変化を示す図
【図１８】溶接中の溶接電流変化およびニューロン出力
値変化を示す図
【図１９】後通電を含む溶接中のニューロン出力変化を
示す図
【符号の説明】
１ 抵抗溶接機 ２ 被接合材 ３ 電圧検出部 ４ 変位量検出部 ５ 演算部（ニューラルネットワーク） ６ 制御部 ７ 抵抗溶接電源 ８ 被接合材 ９ 電圧検出部 １０ 変位量検出部 １１ 演算部（ニューラルネットワーク） １２ 制御部 １３ 抵抗溶接電源 １４ 被接合材 １５ 電流検出部 １６ 電圧検出部 １７ 変位量検出部 １８ 演算部（ニューラルネットワーク） １９ 制御部 ２０ 抵抗溶接機 ２１ 被接合材 ２２ 電圧検出部 ２３ 電流検出部 ２４ 演算部（ニューラルネットワーク） ２５ 制御部 ２６ 抵抗溶接電源 ２７ 被接合材 ２８ 電圧検出部 ２９ 電流検出部 ３０ 演算部（ニューラルネットワーク） ３１ 制御部 ３２ 抵抗溶接電源 ３３ 被接合材 ３４ 電流検出部 ３５ 電圧検出部 ３６ 演算部（ニューラルネットワーク） ３７ 制御部 ３８ 抵抗溶接機 ３９ 被接合材 ４０ 電圧検出部 ４１ 演算部（ニューラルネットワーク） ４２ 制御部 ４３ 抵抗溶接電源 ４４ 被接合材 ４５ 電圧検出部 ４６ 演算部（ニューラルネットワーク） ４７ 制御部 ４８ 抵抗溶接電源 ４９ 被接合材 ５０ 電流検出部 ５１ 電圧検出部 ５２ 演算部（ニューラルネットワーク） ５３ 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｇ０６Ｎ 3/00 ５５０ Ｇ０６Ｎ 3/00 ５５０Ｚ (72)発明者 渡辺 鎮 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 後藤 康宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 王 静波 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G055 AA03 AA08 BA18 EA08 FA06

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 接合時の被接合部の電圧と被接合物の変
    位量を検出する検出部と、前記検出部から出力される信
    号を入力層に入力し、接合状態を表す信号を出力するニ
    ューラルネットワークを有し、かつその基本構成式を
    （数１）式とした演算部と、前記演算部から出力される
    接合状態を表すニューロン出力から接合部品質の品質判
    定を行い、結果を出力する制御部を設けた抵抗溶接の品
    質監視装置。 【数１】
  2. 【請求項２】 接合時の被接合部の電圧と被接合物の変
    位量を検出する検出部と、前記検出部から出力される信
    号を入力層に入力し、接合状態を表す信号を出力するニ
    ューラルネットワークを有し、かつその基本構成式を
    （数１）式とした演算部と、前記演算部から出力される
    接合状態を表すニューロン出力から接合部品質の品質判
    定を行い、接合装置の出力を制御する制御部を設けた抵
    抗溶接装置。
  3. 【請求項３】 接合時の被接合部の電圧と被接合物の変
    位量、および溶接電流を検出する検出部と、前記検出部
    から出力される信号を入力層に入力し、接合状態を表す
    信号を出力するニューラルネットワークを有し、かつそ
    の基本構成式を（数１）式とした演算部と、前記演算部
    から出力される接合状態を表すニューロン出力が接合終
    了時に必要な目標基準値に向かう方向に、接合装置の溶
    接電流を制御する制御部を設けた抵抗溶接装置。
  4. 【請求項４】 接合時の被接合部の電圧と被接合物を流
    れる電流を検出する検出部と、前記検出部から出力され
    る信号を入力層に入力し、接合状態を表す信号を出力す
    るニューラルネットワークを有し、かつその基本構成式
    を（数２）式とした演算部と、前記演算部から出力され
    る接合状態を表すニューロン出力から接合部品質の品質
    判定を行い、結果を出力する制御部を設けた抵抗溶接の
    品質監視装置。 【数２】
  5. 【請求項５】 接合時の被接合部の電圧と被接合物を流
    れる電流を検出する検出部と、前記検出部から出力され
    る信号を入力層に入力し、接合状態を表す信号を出力す
    るニューラルネットワークを有し、かつその基本構成式
    を（数２）式とした演算部と、前記演算部から出力され
    る接合状態を表すニューロン出力から接合部品質の品質
    判定を行い、接合装置の出力を制御する制御部を設けた
    抵抗溶接装置。
  6. 【請求項６】 接合時の被接合部の電圧と被接合物を流
    れる電流を検出する検出部と、前記検出部から出力され
    る信号を入力層に入力し、接合状態を表す信号を出力す
    るニューラルネットワークを有し、かつその基本構成式
    を（数２）式とした演算部と、前記演算部から出力され
    る接合状態を表すニューロン出力が接合終了時に必要な
    目標基準値に向かうように接合装置の溶接電流を制御す
    る制御部を設けた抵抗溶接装置。
  7. 【請求項７】 接合時の被接合部の電圧を検出する検出
    部と、前記検出部から出力される信号を入力層に入力
    し、接合状態を表す信号を出力するニューラルネットワ
    ークを有し、かつその構成式を（数３）式とした演算部
    と、前記演算部から出力される接合状態を表すニューロ
    ン出力から接合部品質の品質判定を行い、結果を出力す
    る制御部を設けた抵抗溶接の品質監視装置。 【数３】
  8. 【請求項８】 接合時の被接合部の電圧を検出する検出
    部と、前記検出部から出力される信号を入力層に入力
    し、接合状態を表す信号を出力するニューラルネットワ
    ークを有し、かつその構成式を（数３）式とした演算部
    と、前記演算部から出力される接合状態を表すニューロ
    ン出力から接合部品質の品質判定を行い、接合装置の出
    力を制御する制御部を設けた抵抗溶接装置。
  9. 【請求項９】 接合時の被接合部の電圧と溶接電流を検
    出する検出部と、前記検出部から出力される信号を入力
    層に入力し、接合状態を表す信号を出力するニューラル
    ネットワークを有し、かつその構成式を（数３）式とし
    た演算部と、前記演算部から出力される接合状態を表す
    ニューロン出力が接合終了時に必要な目標基準値に向か
    うように接合装置の溶接電流を制御する制御部を設けた
    抵抗溶接装置。
  10. 【請求項１０】 演算部において接合状態を表すニュー
    ロン出力を被接合部の強度とした請求項１、４、７のい
    ずれかに記載の抵抗溶接の品質監視装置。
  11. 【請求項１１】 演算部において接合状態を表すニュー
    ロン出力を被接合部の接合部径とした請求項１、４、７
    のいずれかに記載の抵抗溶接の品質監視装置。
  12. 【請求項１２】 演算部において接合状態を表すニュー
    ロン出力を被接合部の破断形態とした請求項１、４、７
    のいずれかに記載の抵抗溶接の品質監視装置。
  13. 【請求項１３】 演算部において接合状態を表すニュー
    ロン出力を被接合部の強度とした請求項２、３、５、
    ６、８、９のいずれかに記載の抵抗溶接装置。
  14. 【請求項１４】 演算部において接合状態を表すニュー
    ロン出力を被接合部の接合部径とした請求項２、３、
    ５、６、８、９のいずれかに記載の抵抗溶接装置。
  15. 【請求項１５】 演算部において接合状態を表すニュー
    ロン出力を被接合部の破断形態とした請求項２、３、
    ５、６、８、９のいずれかに記載の抵抗溶接装置。
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